MRI: Acquisition of multi-use cryostat/magnet “Physical Properties Measurement System” for studying quantum materials

MRI:购买多用途低温恒温器/磁铁“物理特性测量系统”用于研究量子材料

基本信息

  • 批准号:
    2117094
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 54.39万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-09-01 至 2023-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Searching for new materials and engineering systems with desired quantum properties holds promise to enable leaps not only in fundamental solid-state physics but also in quantum information processing and quantum sensing. This project acquires a versatile shared-use system for studying the physical properties of new quantum-mechanical devices and materials at low temperatures and high magnetic fields. The modular and extensible nature of the system allows for a wide range of effects to be examined. At the same time, the turnkey nature of the system makes it well suited as a platform for training the next generation of scientific researchers, both in the context of classwork in experimental materials science and condensed-matter physics and for undergraduate and high-school students performing summer research programs in the laboratories of the scientists involved in the project. The project acquires a multi-use cryostat, with temperatures ranging from 1.8 to 400 K in its standard configuration and to 50 mK with an included dilution-refrigeration insert. Combined with a 14 T magnet, this enables measuring materials over a broad range of parameter space. The base capabilities of the system are leveraged by several measurement modules including magnetization, specific heat, and susceptibility to perform multimodal measurements of new quantum materials. Research projects include an extensive program on van der Waals heterostructures, where engineering strain into monolayer graphene has been shown to provide a wide range of control over the electronic correlation and magnetic states, and the construction of Moire superlattices built from multilayer graphene and transition metal dichalcogenides lead to exotic quantum phases. Magnetic susceptibility measurements in the sub-Kelvin regime characterize rare-earth antiferromagnets for use in high-efficiency quantum transduction devices. Another platform for quantum transduction, field-tuned superconducting resonators, are characterized via microwave impedance measurements. Rapid-cycle testing of magnetization and resistivity support characterizing a wide variety of correlated electronic and magnetic materials prior to ultra-fast optical measurements. Temperature-dependent Hall Effect measurements on patterned 2D plasmonic materials yield insight into the mobilities and damping pathways of the resonances. Combined electrical and magnetic measurements probe the electrochemistry of candidate materials for future battery cathode designs.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
寻找具有所需量子特性的新材料和工程系统有望不仅在基础固态物理领域,而且在量子信息处理和量子传感领域实现飞跃。该项目获得了一个多功能共享系统,用于研究新型量子力学器件和材料在低温和高磁场下的物理特性。系统的模块化和可扩展性允许检查广泛的效果。同时,该系统的交钥匙性质使其非常适合作为培训下一代科学研究人员的平台,无论是在实验材料科学和凝聚态物理的课堂作业中,还是针对本科生和高中生在参与该项目的科学家的实验室中进行夏季研究计划。该项目购买了一台多用途低温恒温器,其标准配置的温度范围为 1.8 至 400 K,配备稀释制冷插件时温度范围为 50 mK。与 14 T 磁铁相结合,可以在广泛的参数空间内测量材料。多个测量模块(包括磁化强度、比热和磁化率)利用该系统的基本功能来执行新量子材料的多模态测量。研究项目包括关于范德瓦尔斯异质结构的广泛计划,其中单层石墨烯的工程应变已被证明可以对电子关联和磁态提供广泛的控制,以及由多层石墨烯和过渡金属二硫属化物构建的莫尔超晶格的结构导致奇异的量子相。亚开尔文区的磁化率测量表征了用于高效量子转导装置的稀土反铁磁体。量子传导的另一个平台是场调谐超导谐振器,通过微波阻抗测量来表征。在超快光学测量之前,磁化强度和电阻率的快速循环测试支持表征各种相关电子和磁性材料。对图案化二维等离子体材料进行温度依赖性霍尔效应测量可以深入了解共振的迁移率和阻尼路径。结合电学和磁学测量,探索未来电池阴极设计候选材料的电化学。该奖项反映了 NSF 的法定使命,并通过使用基金会的智力价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

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    $ 54.39万
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